一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，弥补了传统割管或复膜金相分析等破坏性、工序繁琐、对操作者知识水平和经验要求高等不足之处。本发明在分析前无需对电站锅炉受热面管道表面进行机械清除和磨抛，利用脉冲激光直接作用于管道表面，采集等离子体光谱数据，提取表征管道基体的特征光谱数据，利用包含不同珠光体球化等级样品的光谱数据库，结合主成分分析方法进行类别区分，从而获得被测20号钢管道的球化等级。本发明的整个数据分析过程由计算机程序自动完成，检测总耗时小于2分钟，具有接近无损、检测工序简单、对操作者的专业知识水平和经验要求低、检验效率高等优点。
【专利说明】一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种珠光体球化等级的分析方法，特别涉及一种20号钢的珠光体球化等级现场快速分析方法。
【背景技术】
[0002]20号钢是一种优质碳素钢，作为电站锅炉重要部件的主要用材用于壁温不超过450°C的锅炉受热面管蒸汽管道和集箱。在高温高压条件下长期使用过程中其组织中的珠光体会发生球化，即珠光体中的渗碳体(碳化物)形态由最初的层片状逐渐转变成球状，导致力学性能也随之下降。因此长期以来20号钢组织中的珠光体球化程度常被广泛地用作其使用可靠性的评定判据之一。根据中华人民共和国电力行业标准一《DL/T674-1999，火电厂用20号钢珠光体球化评级标准》，20号钢从原始状态至完全球化共分为5级，分别为I级(未球化，原始态)、2级(倾向性球化)、3级(轻度球化)、4级(中度球化)和5级(完全球化)。
[0003]传统的珠光体球化分析试样制备分为实物取样金相试样和现场复膜金相试样。前者需要在管道上进行割管制备试样，并经砂轮平整后以180、320、400、500和600号水砂纸依次粗磨然后再以01、02和03号金相砂纸精磨或用金相精磨机磨制。再用3%?5%硝酸酒精溶液进行5-lOs的初浸蚀，接着采用机械抛光法去除研磨划痕及畸变层，最后采用3%-5%硝酸酒精溶液浸蚀IOs左右并清洗吹干后进行组织显示。而复膜金相则直接采用机械方法完全去除被测受热面管道的表面氧化层及脱碳层，然后用打磨工具进行磨制，并采用和实物取样同样的研磨顺序，接着根据实际情况及现场条件选择机械抛光化学抛光或电解抛光对管道表面进行抛光和浸蚀。最后采用厚度为80μπι-100μπι醋酸纤维素(AC纸)或其它类似材料作为复膜片，将复膜片与金相磨面间充以丙酮类有机溶剂，并对复膜片稍加压力使复膜片与金属表面之间无气泡无间隙贴合紧密而获得复膜样品，干燥后自检查面上小心取下复膜样品固定在玻璃板或硬纸板上即可观察。第一种方法需要对被测的受热面管道进行破坏性割管，工序复杂，耗时长。第二种方法虽然无需进行破坏性割管，但检测工序也比较复杂，而且两种方法对操作者的专业知识和经验要求都较高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题，就是提供一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，该方法利用便携式的激光光谱快速分析系统，利用脉冲激光直接作用于管道表面，采集表征受热面管道基体的等离子体光谱数据，根据所建立的珠光体球化等级样品光谱数据库，由主成分分析方法进行类别区分，获得被测受热面管道的珠光体球化等级。本发明既无需要对被测的受热面管道进行破坏性割管，且工序简单快捷，而且对操作者的专业知识和经验要求都不高。
[0005]解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0006]一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征是包括如下步骤:[0007]第一步:首先选取标准的1-5级珠光体球化的20号钢样品，利用激光光谱分析系统分别获取不同珠光体球化样品的等离子体光谱；每个球化等级的样品获取η组光谱数据，每组光谱数据包含m个像素点强度，即1-5级球化样品共获取5n组光谱数据，表示为5nXm维的光谱数据矩阵，SP:
【权利要求】
1.一种20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步:首先选取标准的1-5级珠光体球化的20号钢样品，利用激光光谱分析系统分别获取不同珠光体球化样品的等离子体光谱；每个球化等级的样品获取η组光谱数据，每组光谱数据包含m个像素点强度，即1-5级球化样品共获取5n组光谱数据，表示为5nXm维的光谱数据矩阵，即:
2.根据权利要求1所述的20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征在于:所述的第一步中获取的光谱数据中包含了 20号钢组成元素Fe、C、S1、Mn、Cr、Ni和Cu的特征谱线。
3.根据权利要求1所述的20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征在于:所述的第二步中保留的第一和第二主成分的累积贡献率达到85%及以上。
4.根据权利要求1所述的20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征在于:所述的判断激光是否穿过了表面氧化层和脱碳层而作用到了管道基体的方法为:通过探测到的等离子体光谱中的Fe和Ca特征谱线，当Ca谱线强度趋于零、而Fe谱线强度趋于稳定时，判断激光已经穿过了表面氧化层和脱碳层而作用到了管道基体；反之则不然。
5.根据权利要求1所述的20号钢珠光体球化等级的现场快速分析方法，其特征在于:所述的判断激光是否穿过了表面氧化层和脱碳层而作用到了管道基体所用到的钢和氧化层组成元素还有C、S 1、Mn、Cr、N1、Cu和Mg。
【文档编号】G01N21/63GK103439301SQ201310338134
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】戴沅, 陆继东, 林介东, 姚顺春, 李文胜, 李军, 王敏, 董璇 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华南理工大学